Китайський майстер EUV набагато швидше, ніж очікувалося

Китайський прототип EUV прибуває раніше

З удосконаленням обчислювальних технологій винаходили все більше й більше досконалих чіпів. Останнє покоління 3-нм та 2-нм вузлів настільки мале, що звичайна довжина хвилі світла просто занадто велика для надійного формування структури елементів такого масштабу.

Це не щось нове, оскільки промисловість вже давно використовує світло DUF (глибокого ультрафіолетового випромінювання) для виконання літографії на кремнієвих пластинах. Але для досягнення наноскопічного масштабу найсучасніших конструкцій мікросхем потрібне було джерело світла з ще коротшою довжиною хвилі.

Цей метод джерела світла та літографії називається EUV (екстремальний ультрафіолет).

джерело: Zeiss

Досі EUV була монополією голландської компанії ASML. (ASML ), єдиний у світі виробник машин для літографії EUV.

Ще у 2019 році 7-нм вузлові чіпи TSMC були виготовлені за першим технологічним процесом EUV, що дозволило постачати на ринок продукцію для великих замовників.

Контроль над доступом до технології EUV був центральним елементом санкцій США проти напівпровідникової промисловості Китаю. Ще у 2018 році Сполучені Штати почали тиснути на Нідерланди, щоб вони заборонили ASML продавати машини EUV, пов'язані з ними компоненти та послуги з технічного обслуговування.

Ідея полягала в тому, що обмеження доступу EUV уповільнить здатність Китаю виробляти передові чіпи та, поряд з обмеженнями на експорт передових прискорювачів штучного інтелекту, допоможе США зберегти перевагу в гонці штучного інтелекту.

За винятком того, що зараз, схоже, прагнення Китаю до незалежності від напівпровідників прискорилося під тиском, і Reuters повідомляє, що Китай завершив створення прототипу машини EUVЯкщо розробка йтиме за планом, виробництво чіпів може розпочатися вже у 2028 році, а з того часу виробництво буде нарощуватися.

Це не лише може ускладнити зусилля Заходу щодо обмеження доступу Китаю до передового виробництва, але й може становити довгострокову загрозу для західноорієнтованого ланцюга поставок напівпровідників, яка може статися на роки раніше, ніж очікували навіть багато оптимістично налаштованих щодо Китаю аналітиків.

«У квітні генеральний директор ASML Крістоф Фуке заявив, що Китаю знадобиться «багато-багато років» для розробки такої технології».

«Але існування цього прототипу, про яке вперше повідомило агентство Reuters, свідчить про те, що Китай може бути на роки ближчим до досягнення незалежності від напівпровідників, ніж очікували аналітики».

Як насправді працює EUV-літографія

Що робить EUV таким унікальним — і чому він залишався монополією ASML протягом багатьох років — це те, що EUV — це не просто одна технологія, а поєднання багатьох досягнень надточної інженерії в єдину інтегровану систему.

Перша частина — це надпотужний CO₂ лазер потужністю близько 30 кВт, що робить його одним із найпотужніших імпульсних промислових лазерів у світі. У машинах ASML його виробляє німецька компанія Trumpf.

Але не цей лазер виробляє ультрафіолетове випромінювання (EUV), а джерело енергії. Для генерації EUV система перегріває крихітні краплі розплавленого олова, перетворюючи їх на плазму, а машини ASML вистрілюють приблизно 50 000 крапель олова щосекунди.

Плазму необхідно довести до екстремальних температур — часто згадуються температури близько 220 000°C (360 000°F) — створюючи умови набагато гарячіші, ніж на поверхні Сонця, і доводячи промислову інженерію до межі її можливостей.

Весь процес також повинен відбуватися майже у ідеальному вакуумі, оскільки повітря (і більшість матеріалів) поглинають світло EUV.

джерело: SemiEngineering

І це ще не все. Тепер це EUV-випромінювання потрібно спрямовувати, формувати та фокусувати з вражаючою точністю, щоб створювати структуру на кремнієвих пластинах на передовій — часто обговорюваних з точки зору щільності транзисторів, що наближається до 100 мільйонів транзисторів на квадратний міліметр для провідних вузлів.

Ці вигнуті дзеркала, розроблені лідером німецької оптики Zeiss, повинні бути виготовлені та вирівняні з точністю, що наближається до атомного рівня.

«Якби таке дзеркало EUV збільшили до розмірів Німеччини, найбільша нерівність – Цугшпітце, так би мовити – мала б висоту цілих 0.1 міліметра».

Ця точність настільки надзвичайна, що спрямовану точність дзеркал часто описують за допомогою яскравих аналогій. Наприклад, якби дзеркало EUV було використано для перенаправлення променя на Місяць, теоретично воно було б достатньо точним, щоб вразити об'єкт розміром з м'ячик для пінг-понгу на поверхні Місяця.

Ці оптичні елементи також покриті багатошаровим шаром — часто з матеріалів, що чергуються, таких як кремній і молібден — товщиною лише кілька атомів на шар.

«Для цього тут один на одному лежить до 100 шарів. Один шар відбиватиме лише добрий один відсоток світла – втрати будуть занадто великими».

Результатом є відбивна здатність, яка забезпечує до 70 відсотків корисного світла».

Зрештою, сама кремнієва пластина повинна рухатися та вирівнюватися з надзвичайною точністю. Датчики безперервно вимірюють положення, а платформа для пластин повинна підтримувати точність, одночасно протистоячи деформації від теплових змін та високошвидкісного руху.

Отже, якщо врахувати всі ці кроки (а наведене вище пояснення все ще є надмірним спрощенням), стає зрозуміло, чому відтворення EUV є таким складним: воно вимагає відтворення не лише конструкції, а й величезної екосистеми матеріалів, метрології, елементів керування, оптики, вакуумних систем та надчистого виробництва, інтегрованих в одну машину.

Чому EUV так важко відтворити

Проведіть пальцем, щоб прокрутити →

Китайський «Манхеттенський проект» EUV: повна мобілізація напівпровідників

Тотальна мобілізація

Враховуючи, наскільки важливими є передові чіпи для конкуренції у сфері штучного інтелекту, передової робототехніки та військових технологій, порівняння внутрішніх зусиль Китаю щодо EUV з проектом Манхеттен — це не просто риторика, а відображення масштабу та терміновості зусиль.

По-перше, величезні обсяги державного та приватного капіталу, схоже, були вкладені в ширші зусилля в галузі напівпровідників, при цьому, за повідомленнями, на початку 2025 року було мобілізовано щонайменше 37 млрд євро, і, ймовірно, більше за рахунок університетських досліджень, промислових об'єктів, субсидій критичним постачальникам, гарантованих закупівель та державного попиту на майбутні чіпи.

І, можливо, це не мало б бути повною несподіванкою, враховуючи патент Huawei, пов'язаний з EUV, як повідомляється, подано у грудні 2022 року.

Паралельно, інша китайська компанія, SMIC, як повідомляється, вдалося використовувати старіші машини DUV для виробництва 5-нм чіпів без EUV— що ілюструє, наскільки сильним був стимул «обходитися» обмеженими інструментами.

Також була розглянута інша концепція: генерація EUV-світла за допомогою прискорювача частинок (синхротрона), напрямок, який обговорювався ще у 2023 році та був пов'язаний з наукова публікація з 2022 року.

Усі ці зусилля ілюструють колосальне значення, яке китайські установи та компанії надають або опануванню EUV, або створенню конкурентоспроможних альтернатив без нього.

Центральну роль у цих зусиллях відіграла компанія Huawei, китайський технологічний гігант, проти якого ведуться суворі санкції.

«Huawei розгорнула співробітників в офісах, на виробничих підприємствах та в дослідницьких центрах по всій країні для цієї мети».

«Працівники, призначені до напівпровідникових команд, часто сплять на місці та не мають права повертатися додому протягом робочого тижня, а доступ до телефонів обмежений для команд, які виконують більш делікатні завдання».

Як підбір талантів прискорив програму EUV у Китаї

Ще одна спроба розблокувати EUV — більш секретна — як повідомляється, зосереджена на отриманні досвіду та людських талантів, які зробили EUV можливим.

Провідні інженери, зокрема ті, хто працював в ASML, а пізніше вийшов на пенсію, були основними цілями для працевлаштування. У звітах також свідчать, що до інших нинішніх співробітників ASML зверталися з проханням про працевлаштування ще у 2020 році.

«Один досвідчений китайський інженер з ASML, якого запросили на роботу до проєкту, був здивований, виявивши, що його щедрий бонус за підписання контракту супроводжувався посвідченням особи, виданим на фальшиве ім’я, за словами однієї з осіб, знайомих з його вербуванням».

Опинившись усередині, він упізнав інших колишніх колег з ASML, які також працювали під псевдонімами, і йому було наказано використовувати їхні вигадані імена на роботі для збереження таємниці.

Повідомляється, що ці набори були частиною ширших зусиль щодо залучення найкращих талантів до Китаю, причому експертам з напівпровідників, які працюють за кордоном, багато років тому пропонувалися бонуси та субсидії за підписання контракту.

Зміна деяких національних правил для зручності цих найнятих експертів також, схоже, мала місце в поодиноких випадках. Наприклад, деяким натуралізованим громадянам інших країн, як повідомляється, видавали китайські паспорти та дозволяли зберігати подвійне громадянство, незважаючи на офіційну заборону подвійного громадянства Китаєм.

Той факт, що багато з цих інженерів мають китайську національність або походження, також міг полегшити працевлаштування.

Загалом, твердження про те, що Китай «краде лише технології», часто є спрощенням швидкозростаючої екосистеми досліджень та інженерії. Однак у цьому конкретному випадку перетин з комерційними таємницями ASML може бути значущим.

«Хоча ASML не може контролювати чи обмежувати місце роботи колишніх співробітників, усі співробітники зобов’язані дотримуватися положень про конфіденційність у своїх контрактах», – заявила компанія, і вона «успішно вжила судових заходів у відповідь на крадіжку комерційної таємниці».

Усередині першого китайського прототипу EUV-літографії

В результаті найму колишніх співробітників ASML, зворотного проектування деталей для EUV та незалежної розробки вітчизняних альтернатив, схоже, було створено прототип, який значно більший за типові 180-тонні системи EUV ASML розміром зі шкільний автобус, і, як повідомляється, займає цілий заводський цех.

Це може свідчити про те, що прототип або більш енергоємний, менш компактний, менш ефективний, або просто перебуває на ранішій стадії оптимізації, ніж серійні конструкції ASML.

Врятовані компоненти зі старих машин ASML, а також ринки збуту вживаних деталей від постачальників ASML, також могли б допомогти зібрати робочий прототип, поки вітчизняне виробництво нарощується або якість покращується.

Ключовим компонентом, якого може бракувати, і який надзвичайно важко відтворити з порівнянною продуктивністю, є оптика Zeiss. Повідомляється, що це одна з причин, чому машина поки що не може виробляти чіпи на бажаному рівні.

Високонуклеотидна апнометична космічна камера (EUV): наступний фронт у гонці озброєнь чіпів

Якщо розробка EUV зайняла десятиліття ASML, поява китайського прототипу свідчить про те, що наздоганяння — принаймні в базовій демонстрації системи — може відбутися набагато швидше, ніж багато хто припускав.

Це тисне на західних лідерів у галузі напівпровідників, щоб вони активніше просували наступне покоління: EUV з високою числовою апертурою (High NA - числова апертура).

EUV з високою нейронною мережею вже тестується такими компаніями, як Intel. (INTC ), і його оцінили Samsung та TSMC. Intel публічно визначила терміни обсягів виробництва приблизно на 2028 рік, тоді як TSMC та Samsung виглядають більш обережними, резервуючи High-NA EUV для майбутніх вузлів <2 нм, а не поспішаючи з його масовим розгортанням.

«Чим більші кути, під якими оптична система вловлює світло, тим тонші деталі відображаються. Це означає, що оптичні системи EUV стають все більшими й більшими».

Zeiss про EUV з високою числовою апертурою

Системи з високою числовою апертурою використовують ще більші оптичні елементи, що може забезпечити ASML довговічну перевагу завдяки своєму партнеру з оптики Zeiss.

джерело: Zeiss

Дзеркало для літографії з високою числовою апертурою (ЕУФ) приблизно вдвічі більше та вдесятеро важче, ніж сучасні ЕУФ дзеркала, що робить всю систему ще більшою, важчою та складнішою.

«Понад 40 000 деталей проекційної оптики для літографії High-NA-EUV важать близько дванадцяти тонн, що забезпечує високоточне фокусування – у сім разів більше за об’ємом і вагою, ніж у звичайної літографії EUV».

Що це означає для інвесторів?

У короткостроковій перспективі це, ймовірно, мало що змінить. Повідомляється, що китайська машина EUV є лише прототипом, і залишається незрозумілим, наскільки вона залежить від перероблених або утилізованих деталей ASML порівняно з компонентами, виготовленими виключно в Китаї.

Однак важко припустити, що Китай зазнаватиме невдачі нескінченно. Маючи достатньо спеціалістів, фінансування та часу, немає чітких підстав вважати, що китайські установи зрештою не зможуть відтворити значну частину можливостей EUV, особливо враховуючи розвиток ширшої екосистеми компонентів, матеріалів та метрології.

Скептицизм щодо того, що Китай не може замінити певний компонент, такий як дзеркала Zeiss, також слід ставитися обережно. Подібні аналізи раніше припускали, що Китай відстає на понад 15 років, проте тепер повідомляється про створення прототипу.

У довгостроковій перспективі (5–10 років) Китай міг би побудувати паралельний ланцюг поставок напівпровідників, який був би незалежним не лише на рівні ливарного виробництва, але й на рівні виробництва обладнання.

Спочатку передове внутрішнє виробництво, ймовірно, пріоритезуватиме внутрішній попит, зменшуючи продажі Китаю передових мікросхем, виробничих інструментів та допоміжних компонентів.

З часом це може тиснути на оборот та маржу західних виробників і постачальників напівпровідникового обладнання, зменшуючи їхню здатність реінвестувати на попередніх рівнях досліджень і розробок.

Більше занепокоєння для таких компаній, як ASML та інших виробників обладнання, і навіть для ливарних заводів, викликає те, що передові чіпи китайського виробництва зрештою можуть конкурувати безпосередньо на зовнішніх ринках, особливо в рамках розширюваних комерційних мереж БРІКС та ШОС (Шанхайської організації співробітництва).

Висновок

Поява китайського прототипу позашляховика на роки раніше, ніж багато хто очікував, є справжньою віхою. Це свідчить про те, що експортний контроль і санкції навряд чи назавжди обмежать технологічний потенціал у секторі, де Захід давно має структурну перевагу.

У кращому випадку обмеження можуть затримати прогрес; у гіршому – прискорити його, створивши захищений внутрішній ринок приблизно з 1.5 мільярда людей із сильною державною підтримкою та промисловим потенціалом.

Це не означає, що Китай негайно почне виробляти передові мікросхеми на вітчизняних інструментах EUV. Але це означає, що траєкторія досягнення цієї мети тепер чіткіша — і, ймовірно, швидша — ніж багато хто вважав раніше.

Загалом, це підтверджує, що Китай перетворюється на головну технологічну державу, а не лише на найбільшу у світі виробничу базу.

Деякі аналізи стверджують, що Китай зараз лідирує у значній частці передових наукових галузей, що ставить під сумнів спрощену думку про те, що прогрес відбувається лише завдяки імітації, навіть якщо суперечки щодо комерційної таємниці та конфлікти щодо інтелектуальної власності залишаються реальною рисою цієї конкуренції.

Хоча прорив Китаю змінює довгостроковий горизонт, інвестори, які прагнуть негайного домінування в галузі напівпровідників, все ще повинні звертати увагу на нинішнього лідера ринку.

Напівпровідникова компанія – TSMC

Зростання Китаю як технологічної держави має стратегічне значення, але наразі обладнання для виробництва напівпровідників у Китаї все ще відстає — або лише наближається — до найсучасніших західних систем.

Тож, коли йдеться про ливарний бізнес, дисципліна процесу, навчання з урахуванням текучості та досвід роботи, ймовірно, залишатимуться вирішальними в наступне десятиліття.

Зрештою, виробництво напівпровідників залежить від нішевої експертизи та здатності масового виробництва у великих масштабах для зниження витрат. Жодна компанія не опанувала цю модель краще, ніж TSMC, тайванський лідер у виробництві надсучасних мікросхем.

TSMC виробляє переважно кремнієві чіпи, включаючи найпотужніші 3-нм та майбутні вузли 2-нм класу. А оскільки вона виробляє найсучасніші (і найдорожчі) чіпи, вона отримує домінуючу частку світових доходів від ливарного виробництва.

джерело: Ерік Фланінгем

TSMC також розширює виробничі потужності в США, зокрема завдяки значним інвестиціям у свої заводи в Аризоні.

Оскільки розробка високонуклеотидних ультрафіолетових ультразвукових пристроїв (EUV) вже розпочата, TSMC може роками залишатися на крок попереду китайських конкурентів, таких як SMIC, особливо за показниками продуктивності, надійності та зрілості великосерійного виробництва.

І навіть попри запеклу конкуренцію з Samsung, Intel та іншими виробниками, TSMC все ще має всі можливості захистити своє лідерство проти зростаючої конкуренції з боку Китаю — принаймні в найближчому майбутньому.

Останні новини та події щодо акцій TSMC (TSM)